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第1章 半导体二极管及其半导体二极管及其基本电路基本电路n半导体的基本知识n半导体二极管及其基本特性n二极管的基本应用电路第1章 半导体二极管及其基本电路1.1 半导体基本知识在自然界中，根据物质导电能力的差别，可在自然界中，根据物质导电能力的差别，可将它们划分为将它们划分为导体导体、绝缘体绝缘体和和半导体半导体。如：金属如：金属如：橡胶、陶瓷、塑如：橡胶、陶瓷、塑料和石英等等料和石英等等第1章 半导体二极管及其基本电路其中最其中最典型的半导体是典型的半导体是硅硅Si和和锗锗Ge，它们都是它们都是4价价元素元素典型的半导体材料典型的半导体材料 元素元素硅（硅（Si）、锗（锗（Ge）化合物化合物砷化镓（砷化镓（GaAs）掺杂元素掺杂元素 硼（硼（B）、磷（磷（P）1.1.1 1.1.1 半导体材料半导体材料半导体半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间，当受外界光和热刺激或加入微量掺杂,导电能力显著增加。第1章 半导体二极管及其基本电路半导体特点： 1) 在外界能源的作用下，导电性能显著变 化。光敏元件、热敏元件属于此类。 2) 在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显 著增加。二极管、三极管属于此类。第1章 半导体二极管及其基本电路硅和锗最外层轨道上的四个电子硅和锗最外层轨道上的四个电子称为称为价电子价电子。硅原子和锗原子的结构GeSi+4半导体的导电性能是由其原子结构决定的。半导体的导电性能是由其原子结构决定的。为方便起见，常表示如下：第1章 半导体二极管及其基本电路半导体的共价键结构图+4+4+4+4共价键共用电子对共价键正离子核第1章 半导体二极管及其基本电路1. 本征半导体 定义：定义：纯净的、不含其他杂质的半导体。纯净的、不含其他杂质的半导体。在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚其中，不能成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。+4+4+4+4T=0K时本征半导体结构图：第1章 半导体二极管及其基本电路温度升高后，本征半导体结构图+4+4+4+4自由电子空穴第1章 半导体二极管及其基本电路+4+4+4+4这一现象称为本征激发，也称热激发。所谓本征激发，就是由于随机热振动致使共价键被打破而产生电子空穴对的过程。电子空穴对第1章 半导体二极管及其基本电路+4+4+4+4电子空穴对复合：与本征激发现象相反，即自由电子遇到空穴并填补空穴，从而使两者同时消失的现象。在一定温度下，本征激发在一定温度下，本征激发与复合这二者产生的电子与复合这二者产生的电子空穴对数目相等，达到空穴对数目相等，达到一种一种动态平衡动态平衡。第1章 半导体二极管及其基本电路E自由电子带负电荷，形成电子流带负电荷，形成电子流两种载流子两种载流子空穴视为视为带正电荷，形成空穴流带正电荷，形成空穴流+4+4+4+4自由电子空穴电 子 流空 穴 流第1章 半导体二极管及其基本电路2. 杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为导体称为杂质半导体杂质半导体。因掺入杂质性质因掺入杂质性质不同，可分为：不同，可分为：空穴（空穴（P）型半导体）型半导体电子（电子（N）型半导体）型半导体【Positive】【Negative】第1章 半导体二极管及其基本电路+4+4+3+4P型半导体的结构图在硅（或锗）的晶体中掺入少量在硅（或锗）的晶体中掺入少量3价杂质元素，如价杂质元素，如硼、镓等。硼、镓等。1. P型半导体 空穴v 多数载流子（多子）空穴；v 少数载流子（少子）自由电子。空穴的来源：（1）本征激发产生（少量的）（2）掺入杂质元素后多余出来的（大量的）第1章 半导体二极管及其基本电路+4+4+3+4P型半导体的结构图在硅（或锗）的晶体中掺入少量在硅（或锗）的晶体中掺入少量3价杂质元素，如价杂质元素，如硼、镓等。硼、镓等。1. P型半导体 空穴v 多数载流子（多子）空穴；v 少数载流子（少子）自由电子。自由电子的来源：只有本征激发产生（少量的）第1章 半导体二极管及其基本电路v 多数载流子（多子）自由电子；v 少数载流子（少子）空穴。N型半导体的结构图+4+4+5+4在硅（或锗）的晶体中掺入少量在硅（或锗）的晶体中掺入少量5价杂质元素，价杂质元素，如磷，砷等。如磷，砷等。2. N型半导体 多余的电子自由电子的来源：（1）本征激发产生（少量的）（2）掺入杂质元素后多余出来的（大量的）第1章 半导体二极管及其基本电路v 多数载流子（多子）自由电子；v 少数载流子（少子）空穴。N型半导体的结构图+4+4+5+4在硅（或锗）的晶体中掺入少量在硅（或锗）的晶体中掺入少量5价杂质元素，价杂质元素，如磷，砷等。如磷，砷等。2. N型半导体 多余的电子空穴的来源：只有本征激发产生（少量的）第1章 半导体二极管及其基本电路杂质半导体的示意表示方法+P型半导体型半导体N型半导体型半导体少子浓度只与温度有关多子浓度主要受掺入杂质浓度的影响负离子空穴正离子自由电子第1章 半导体二极管及其基本电路P1-2相关概念相关概念n半导体半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间n半导体特点：1) 在外界能源的作用下，导电性能显著变化。2) 在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。n本征激发，就是由于随机热振动致使共价键被打破而产生电子空穴对的过程。n复合：与本征激发现象相反，即自由电子遇到空穴并填补空穴，从而使两者同时消失的现象。n本征半导体的导电能力很弱第1章 半导体二极管及其基本电路杂质半导体的示意表示方法+P型半导体型半导体N型半导体型半导体少子浓度只与温度有关多子浓度主要受掺入杂质浓度的影响负离子空穴正离子自由电子第1章 半导体二极管及其基本电路1.1.2 PN结及其单向导电性1. PN结的形成第1章 半导体二极管及其基本电路耗尽层PN结势垒区阻挡层+-第1章 半导体二极管及其基本电路由上可知，由上可知，PN结中进行着两种载流子的运动：v 多数载流子的多数载流子的扩散运动扩散运动v 少数载流子的少数载流子的漂移运动漂移运动产生的电流称为产生的电流称为扩散电流扩散电流产生的电流称为产生的电流称为漂移电流漂移电流P区空穴N区N区电子P区N区空穴P区P区电子N区第1章 半导体二极管及其基本电路2. PN结的单向导电性1.外加正向电压即电源的正极接即电源的正极接P P区，负极接区，负极接N N区。区。PNPN结的这种接法称为结的这种接法称为正向接法正向接法或或正向偏置正向偏置（简称（简称正偏正偏）。）。前提：只有在外加电压时才会显示出来第1章 半导体二极管及其基本电路PN结加正向电压时导通+变薄内电场外电场P区N区多子空穴多子电子IFVF正向电流I：扩散电流第1章 半导体二极管及其基本电路PN结加正向电压时导通+变薄内电场外电场P区N区IFVFI：扩散电流内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流I。小结第1章 半导体二极管及其基本电路2.外加反向电压即电源的正极接即电源的正极接N N区，负极接区，负极接P P区。区。PNPN结的这种接法称为结的这种接法称为反向接法反向接法或或反向偏置反向偏置（简称（简称反偏反偏）。）。第1章 半导体二极管及其基本电路PN结加反向电压时截止+内电场外电场P区N区VR变厚IRI：漂移电流反向电流温度一定时，反向电流IR趋于恒定值，称为反向饱和电流IS。第1章 半导体二极管及其基本电路PN结加反向电压时截止+内电场外电场P区N区VR变厚IRI：漂移电流小结内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流IR。第1章 半导体二极管及其基本电路归纳： PN PN结加正向电压时，具有较大的正向结加正向电压时，具有较大的正向扩散电扩散电流流，呈现低电阻，呈现低电阻， PNPN结结导通导通； PNPN结加反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向漂移电漂移电流流，呈现高电阻，呈现高电阻， PNPN结结截止截止。这就是PN结的单向导电性。第1章 半导体二极管及其基本电路 1.2.1 二极管的结构与符号二极管实物认识二极管实物认识1.2 1.2 半导体二极管及其特性半导体二极管及其特性第1章 半导体二极管及其基本电路二极管图形符号、文字符号二极管图形符号、文字符号diodeD第1章 半导体二极管及其基本电路1 正向特性 硅二极管的死区电压Vth=0.50.8V左右， 锗二极管的死区电压Vth=0.20.3 V左右。 当0VVth时，正向电流为零，Vth称死区电压或开启电压。正向区分为两段： 当V Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。1.2.2 二极管的V-I特性第1章 半导体二极管及其基本电路 当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS 。 当VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压 。2, 反向特性第1章 半导体二极管及其基本电路 硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。 3. 反向击穿特性第1章 半导体二极管及其基本电路 温度对二极管的性能有较大的影响，温度升温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加温度每增加88，反向电流将约增加一倍；锗二极，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加管温度每增加1212，反向电流大约增加一倍。，反向电流大约增加一倍。4. 温度影响第1章 半导体二极管及其基本电路VthV（BR）vD/ViD/mAiD/A环境温度升高，二极管的正向特性曲线将左移，反向特性曲线下移。第1章 半导体二极管及其基本电路1.IF：最大整流电流1.2.3.二极管的参数指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。均电流。2.VBR：反向击穿电压指管子反向击穿时的电压值。指管子反向击穿时的电压值。一般手册上给出的最大反向工作电压约为一般手册上给出的最大反向工作电压约为VBR的的一半。一半。第1章 半导体二极管及其基本电路指管子未击穿时的反向电流。其值愈小，则管指管子未击穿时的反向电流。其值愈小，则管子的单向导电性愈好。子的单向导电性愈好。温度对它影响很大，使用时应注意。温度对它影响很大，使用时应注意。3.IR：反向电流第1章 半导体二极管及其基本电路1.3.1 稳压二极管iZ/mAvZ/VVZIZVZV-I特性特性ak代表符号代表符号V VZ Z表示反向击表示反向击穿电压，即稳压管穿电压，即稳压管的稳定电压。的稳定电压。1.31.3二极管的应用电路二极管的应用电路第1章 半导体二极管及其基本电路VIIZIO(IL)VO【分析】例如：假设例如：假设VI恒定，而恒定，而RL减小，则有减小，则有RLVZ稳压稳压IOIZ不变不变IRVRVI恒定恒定VOIZIRVRVI恒定恒定VO第1章 半导体二极管及其基本电路（1 1）应使外加电源的正极接管子的应使外加电源的正极接管子的N N区，电区，电源的负极接源的负极接P P区，以区，以保证稳压管工作在保证稳压管工作在反向击穿区【！】。（2 2）稳压管应与负载电阻）稳压管应与负载电阻R RL L并联，由于稳压并联，由于稳压管两端电压的变化量很小，因而使输出电管两端电压的变化量很小，因而使输出电压比较稳定。压比较稳定。（3 3）必须限制流过稳压管的电流）必须限制流过稳压管的电流I IZ Z，不要超，不要超过规定值，以免因过热而烧坏管子。过规定值，以免因过热而烧坏管子。【注意】第1章 半导体二极管及其基本电路稳压管的一种实物图黑头一侧为阴极，即k端第1章 半导体二极管及其基本电路符号符号光电传输系统光电传输系统 1.3.2 1.3.2 发光二极管发光二极管(发光发光)第1章 半导体二极管及其基本电路几种普通发光二极管实物图长脚为正极大头为负极第1章 半导体二极管及其基本电路（a）符号）符号 （b）电路模型）电路模型 （c）特性曲线）特性曲线 1.3.3 1.3.3 光电二极管光电二极管可用来作为光的测量，是将光信可用来作为光的测量，是将光信号转换为电信号的常用器件。号转换为电信号的常用器件。(接收光接收光)第1章 半导体二极管及其基本电路补:判断D状态方法n习题1.11,1.12第1章 半导体二极管及其基本电路开关电路开关电路（理想模型理想模型）电路如图所示，求电路如图所示，求AO的电压值的电压值解：解： 先断开先断开D，以，以O为基准电位，为基准电位， 即即O点为点为0V。 则接则接D阳极的电位为阳极的电位为-6V，接阴极的电位为，接阴极的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。接入时正向导通。导通后，导通后，D的压降等于零，即的压降等于零，即A点的电位就是点的电位就是D阳极的电位。阳极的电位。所以，所以，AO的电压值为的电压值为-6V。1.3.1 1.3.1 开关与整流电路开关与整流电路( (补补) )第1章 半导体二极管及其基本电路整流电路整流电路（理想模型理想模型）（a）电路图）电路图 （b）vs和和vo的波形的波形半波整流电路第1章 半导体二极管及其基本电路 将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。分段线性化，得到二极管特性的等效模型。)1e (DSD TVIiv理想模型理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型 在实际电路中,当电源电压远比二极管的管压降大时,利用此法是可行的。第1章 半导体二极管及其基本电路恒压降模型恒压降模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 折线模型折线模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 典型值是0.7V只有当二极管的电流iD近似等于或大于1mA时才是正确的。Vth约为0.5V；20015 . 07 . 0mArD第2章 三极管及其放大电路n半导体三极管放n大电路性能指标n共射基本放大电路n工作点稳定电路 n共集电极电路和共基极电路n多级放大电路n反馈放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路什么是放大?电信号放大:窃听器?第2章 半导体三极管及其基本放大电路半导体三极管，也叫半导体三极管，也叫晶体三极管晶体三极管。由于工作。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为因此，还被称为双极结型晶体管双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称简称BJT）。）。BJT是由两个是由两个PN结组成的。结组成的。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管第2章 半导体三极管及其基本放大电路【分类】【分类】 按频率分按频率分高频管高频管低频管低频管 按功率分按功率分大功率管大功率管中功率管中功率管小功率管小功率管 按半导按半导 体材料分体材料分硅管硅管锗管锗管 按结构按结构 不同分不同分NPN型型PNP型型第2章 半导体三极管及其基本放大电路(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管2.1.1 BJT的结构与符号图形符号图形符号第2章 半导体三极管及其基本放大电路发射结发射结(Je) 基极基极，用B或b表示（Base） 集电结集电结(Jc) 发射极发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极集电极，用C或c表示（Collector）。 发射区发射区集电区集电区基区基区三极管符号三极管符号箭头代表发射极电流的实际方向箭头代表发射极电流的实际方向第2章 半导体三极管及其基本放大电路结构制作要求： 发射区：高杂质掺杂浓度；发射区：高杂质掺杂浓度；( (芝麻芝麻) ) 基区：很薄（通常为几微米几十微米），低基区：很薄（通常为几微米几十微米），低掺杂浓度；掺杂浓度；( (薄牛肉薄牛肉) ) 集电区：集电区：掺杂浓度要比发掺杂浓度要比发射区低；射区低；面积比发射区大；面积比发射区大；bNNPec第2章 半导体三极管及其基本放大电路bNNPec为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部条件两方面的要求。条件两方面的要求。从外部条件来看：发射结正向偏置发射结正向偏置UBE0UBE0集电结反向偏置集电结反向偏置UBC0UBCVBB保证保证VCB=VCE - VBE 0发射结正偏：发射结正偏：第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.2.三极管电流分配关系：三极管电流分配关系：VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IENIEP（1 1）发射区向基区注入）发射区向基区注入电子，从而形成发电子，从而形成发射极电流射极电流I IE E。IE=IEN+IEPIEN第2章 半导体三极管及其基本放大电路（1 1）发射区向基区注入电子，从）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流而形成发射极电流I IE E。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IE（2 2）在基区中）在基区中电子继续向集电电子继续向集电结扩散；结扩散；少数电子与基区少数电子与基区空穴相复合，形成空穴相复合，形成I IB B电流。电流。IB复合IBEIBE第2章 半导体三极管及其基本放大电路（1 1）发射区向基区注入电子，从）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流而形成发射极电流I IE E。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IE（2 2）在基区中）在基区中电子继续向集电结扩散；电子继续向集电结扩散；少数电子与基区空穴相复少数电子与基区空穴相复合，形成合，形成I IB B电流。电流。IB（3 3）集电区收集大部）集电区收集大部分的电子，形成分的电子，形成I IC C电流。电流。ICICNICNIBE第2章 半导体三极管及其基本放大电路VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法例：共发射极接法IEIBICICBOICIBIE可简化为将三极管看成一个广义的节点（如下图），有：将三极管看成一个广义的节点（如下图），有：第2章 半导体三极管及其基本放大电路ICIBIE将三极管看成一个广义的节点（如下图），有：将三极管看成一个广义的节点（如下图），有：IE=IC+IB故集电极与基极电流的关系为：故集电极与基极电流的关系为：BCII共射电流放大倍数共射电流放大倍数ECII 共基极电流放大系数共基极电流放大系数第2章 半导体三极管及其基本放大电路ICIBIEIE=IC+IBICIEIB=IE-IC=IE-IE=(1-)IE故集电极与基极电流的关系为：故集电极与基极电流的关系为： 11EEBCIIII=共射电流放大倍数共射电流放大倍数共基极电流放大系数共基极电流放大系数第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.1.3 .BJT的特性曲线BJT的特性曲线是指的特性曲线是指各电极电压与电流之间各电极电压与电流之间的关系曲线，它是的关系曲线，它是BJT内部载流子运动的外部内部载流子运动的外部表现。表现。工程上最常用的是工程上最常用的是BJT的的输入特性输入特性和和输出特输出特性性曲线。曲线。第2章 半导体三极管及其基本放大电路RL+-vObcevIiB=IB+iBiC=IC+iCiE=IE+iEvBE+-+-vCE以共射放大电路为例：输入回路输入回路输出回路输出回路输入特性：输入特性：常常数数CEvBEBvfi输出特性：输出特性：常数常数BiCECvfi第2章 半导体三极管及其基本放大电路BJTBJT共射接法的输入特性曲线共射接法的输入特性曲线分三部分：分三部分： 死区死区 非线性区非线性区 线性区线性区iB /AvBE /VvCE =1VvCE 1VvCE =0V记住：当vCE1时，各条特性曲线基本重合。当vCE增大时特性曲线相应的右移。251.输入特性曲线第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.输出特性曲线它是以它是以iB为参变量的一族特性曲线。为参变量的一族特性曲线。vCE/ViC /mA25BJTBJT共射接法的输出特性曲线共射接法的输出特性曲线=20A=40A=60A=80A第2章 半导体三极管及其基本放大电路vCE /ViC /mA25=20A=40A=60A=80A输出特性曲线可以划分为三个区域：饱和区iC受受vCE控制的区域，该区域内控制的区域，该区域内vCE的的数值较小。此时数值较小。此时Je正偏，正偏，Jc正偏正偏第2章 半导体三极管及其基本放大电路vCE /ViC /mA25=20A=40A=60A=80A饱和区iC受受vCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内vCE的数值较的数值较小。此时小。此时Je正偏，正偏，Jc正偏正偏。截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0=0的曲线的的曲线的下方。此时下方。此时J Je e反偏，反偏，J Jc c反偏反偏。第2章 半导体三极管及其基本放大电路vCE /ViC /mA25=20A=40A=60A=80A饱和区iC受受vCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内vCE的数值较的数值较小，一般小，一般vCE0.7V（硅管）。此时（硅管）。此时Je正偏，正偏，Jc正偏正偏或反偏电或反偏电压很小。压很小。截止区i iC C接近零的区域，相当接近零的区域，相当i iB B=0=0的曲线的下方。此时的曲线的下方。此时J Je e反偏，反偏，J Jc c反偏反偏。放大区iC平行于平行于vCE轴的区域，轴的区域，曲线曲线基本平行等距。基本平行等距。 此此时时J Je e正偏，正偏，J Jc c反偏反偏。电压大于电压大于0.7V0.7V左右左右（硅管）。（硅管）。模电着重讨论的就是该放大区！第2章 半导体三极管及其基本放大电路三极管工作情况总结状状态态发发射射结结集集电电结结IC截止反偏或零偏反偏0放大正偏反偏 IB饱和正偏正偏VbVe放大放大VcVb0UBE0集电结反向偏置集电结反向偏置UBC0UBCUBE电压放大电压放大(电流放大电流放大)放大原理放大原理放大的本质放大的本质功率（能量）的放大功率（能量）的放大第2章 半导体三极管及其基本放大电路C1 、C2称为隔直电容或称为隔直电容或 耦合电容耦合电容,该电路又称为该电路又称为阻容耦合放阻容耦合放大电路大电路。2.3.2 共射基本放大电路实际电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路基本共射放大电路的简化基本共射放大电路的简化第2章 半导体三极管及其基本放大电路共射放大电路改进电路+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcRvivo交直交直交需要使RbRc（一般为几十倍）改成唯一的直流电源第2章 半导体三极管及其基本放大电路三极管三极管 T 起放大作用。起放大作用。偏置电路偏置电路VCC 、Rb提供电源，并使三极管工作在线性区。耦合电容耦合电容C1 、C2输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。负载电阻负载电阻RC、RL将变化的集电极电流转换为电压输出。阻容耦合共射放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路 放大原理 输入信号通过耦合电容加在三极管输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于是有下列过程：的发射结于是有下列过程：o2cccbbbe1ivCvRiiiivCvc 三极管放大作用 变化的 通过 转变为变化的输出cicR第2章 半导体三极管及其基本放大电路首先交代各物理量表示方法及其含义：首先交代各物理量表示方法及其含义： VBE，VCE，VI，VO IB，IC，IE，II vi，vo，vbe， ib，ic，ie，ii表示“直流量”：大写字母大写下标表示“交流量”的瞬时值：小写字母小写下标 vBE，vCE，vI，vO iB，iC，iE，iI，iO表示“直流量交流量”：小写字母大写下标2.3.3 放大电路静态分析第2章 半导体三极管及其基本放大电路 Vc，Vb，Ve，Vi Ib，Ic，Ie，Ii表示“交流量的向量形式”：大写字母小写下标头上点表示“交流量”的有效值：大写字母小写下标，iebciebcIIIIVVVV请详细参阅教材P21表述。第2章 半导体三极管及其基本放大电路 静态和动态 静态静态: : 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称直流工作状态直流工作状态。 (Q点点)0iv 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。 动态动态: : 时，放大电路的工作状时，放大电路的工作状 态，也称态，也称交流工作状态交流工作状态。0iv第2章 半导体三极管及其基本放大电路vivoCb1Cb2断开断开直流通路直流通路 能通过直流的通路。提供Q点bBECCBQRVVIBQCQII CCQCCCEQRIVV 固定偏置例.2.2直流通路直流通路IB偏置电阻偏置电流第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.3.4 动态分析动态分析讨论的对象：动态分析讨论的对象：交流成分交流成分（即变化的量）（即变化的量）1. 放大电路在接入正弦信号时的工作情况设输入电压设输入电压vi=0.02=0.02sint(V)(V)vBE=VBE+vbe iB=IB+ibvCE=VCE+vce iC=IC+ic各分量都在原来静态直流量的基础上叠加了一各分量都在原来静态直流量的基础上叠加了一个交流量，如下：个交流量，如下：第2章 半导体三极管及其基本放大电路 共射极放大电路中的电压、共射极放大电路中的电压、电流波形电流波形uCE = VCC - iC RCuBE = UBE + ui uo = uCE - UCE反相反相第2章 半导体三极管及其基本放大电路vivoCb1Cb2vivo交流通路交流通路ibieic非线性部分线性部分短路短路V=0 直流电源相当于对地短路分析性能指标第2章 半导体三极管及其基本放大电路 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲曲线的交点即为线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。 在直流通路中估算在直流通路中估算IBQ。2.3.5 图解分析法CcCCCERiVv 为一直线为一直线ic0 0时，时，vCE=VCC M点点vCE0 0时，时，CCCcRVi 且斜率为且斜率为-1/RCN点点1.确定静态工作点直流负载线静态工作点第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.2.确定放大器的放大倍数确定放大器的放大倍数交流负载线交流负载线其斜率为其斜率为- -1/RL RL= RLRc， 是交流负载电阻。是交流负载电阻。 交流负载线与直流负载线交流负载线与直流负载线相交相交Q点。点。交流通路-交流负载线-波形LCcCECERIiUv)(第2章 半导体三极管及其基本放大电路 根据根据vI的波形，在的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的的波形波形3.3.根据根据vIvI的波形求的波形求iB (iB (不要求不要求) )tsinimVi viBEBEvvV第2章 半导体三极管及其基本放大电路4. 根据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和和vCE 的波形的波形cCCCCERiV v反相反相动态工作范围第2章 半导体三极管及其基本放大电路AiCuCEvo可输出的最大不失真信号合适的静态工作点5.Q5.Q点对波形影响点对波形影响将Q点选在交流负载线AB的中央中央，可以获得最大的不失真输出，即可以得到最大的动态工作范围即：BQ=AQBQibVCESVCEA第2章 半导体三极管及其基本放大电路截止失真的波形截止失真的波形 NPN管顶部削平管顶部削平Q Q点过低点过低信号进入截止区信号进入截止区第2章 半导体三极管及其基本放大电路饱和失真的波形饱和失真的波形NPN底部削平底部削平Q Q点过高点过高信号进入饱和区信号进入饱和区例2.32.152.14第2章 半导体三极管及其基本放大电路 思路：思路：将非线性的将非线性的BJT等效等效成一个线性电路成一个线性电路 适用范围：适用范围：放大电路的输入放大电路的输入信号是变化量且电压很小时信号是变化量且电压很小时适用适用2.3.6 小信号等效电路分析法第2章 半导体三极管及其基本放大电路BJT双口网络双口网络)mA()mV(26)1 (100EQbeIr1.三极管的小信号等效电路rbb第2章 半导体三极管及其基本放大电路（1）利用直流通路求）利用直流通路求Q点点 共射极放大电路共射极放大电路bBEQBBBQRVVI一般硅管一般硅管VBEQ=0.7V，锗管，锗管VBEQ=0.2V， 已知已知。BQCQIILCQcCEQCCCEQ)(RIRVVV2.放大电路的小信号等效电路及其分析vivoCb1Cb2第2章 半导体三极管及其基本放大电路vivoCb1Cb2vivo交流通路交流通路ibieic（1 1）画出放大电路）画出放大电路的交流通路的交流通路（2）画小信号等效电路）画小信号等效电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路vbeibicvceibbecvivo交流通路交流通路ibieic（2 2）将交流通路中的三极管用等效电路代替）将交流通路中的三极管用等效电路代替第2章 半导体三极管及其基本放大电路vbeibicvceibbecvivo交流通路交流通路ibieicRb+vi第2章 半导体三极管及其基本放大电路vbeibicvceibbecvivo交流通路交流通路ibieicRb+viRc+voRL第2章 半导体三极管及其基本放大电路)(bebbirRi vbcii 则电压增益为则电压增益为beLcbebLcbbebLccio)/()/()/(rRRriRRiriRRiAvvv（可作为公式）（可作为公式）电压增益电压增益（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标负号表示输出电压与输入电压反相SViVoVcI第2章 半导体三极管及其基本放大电路SViVoVRiiiiIVRbRIbRiIIIbbeibirVRVbebebirrRR/输入电阻输入电阻第2章 半导体三极管及其基本放大电路cibbeRricbibRiioRcoooRIVR所以：所以：根据定义：根据定义：oI0,ooosL=VRIVRoV+-iIbI0cI输出电阻输出电阻第2章 半导体三极管及其基本放大电路bebiiirRivR| coRR CLLbeLbbebLbiovRRRrRriRivvA|, ibicivivo小结小结例2.4第2章 半导体三极管及其基本放大电路归纳等效电路法的步骤1. 先确定Q点（IBQ、ICQ、VCEQ）方法：方法： 近似估算法近似估算法 图解法图解法2. 求Q点处的和rbe通常会给出通常会给出mAImVVrrEQTbbbe 1IEQ=IBQ+ICQICQ第2章 半导体三极管及其基本放大电路三. 等效电路法的步骤3. 画出放大电路的微变等效电路4. 列出电路方程并求解【一般要求增益、输入电阻和输出电阻】第2章 半导体三极管及其基本放大电路小信号模型分析法就是把非线性的三极管线性化，这样具有非线性元件的放大电路就转化成为我们熟悉的线性电路了。经过线性化的三极管等效电路为：称为简化的H参数小信号模型（或微变等效电路）第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.4 2.4 静态点稳定电路静态点稳定电路2.4.1温度对静态工作点的影响第2章 半导体三极管及其基本放大电路vivoRb1Rb2Cb1Cb2vivoCb2Cb1+iB2.4.2 分压偏置电路固定偏流电路bCCBQRVI固定固定射极偏置电路旁路电容第2章 半导体三极管及其基本放大电路Q点稳定原理vivoRb1Rb2Cb1Cb2Rb1Rb2VBVEI1I2直流通路VBE+ +- -目标：目标：温度变化时，使温度变化时，使I IC C维持恒定。维持恒定。 如果温度变化时，如果温度变化时，b b点电位能基本不变点电位能基本不变，则可实现则可实现Q Q点的稳定。点的稳定。第2章 半导体三极管及其基本放大电路Rb1Rb2VBVEI1I2直流通路VBE+ +- -分析该电路的特性指标（1 1）Q点的估算点的估算: :【IBQ、ICQ、VCEQ】CCb2b1b2BQVRRRVeBQRVRVVIIeBEQBQEQCQ)(ecCQCCeEQcCQCCCEQ RRIVRIRIVVeBQRVII CQBQ第2章 半导体三极管及其基本放大电路bec（2 2）动态参数的估算）动态参数的估算第2章 半导体三极管及其基本放大电路（2 2）动态参数的估算）动态参数的估算vivoRb1Rb2Cb1Cb2旁路电容iVoVb bc ce e微变等效电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路iVoVb bc ce e求电压增益ioVVVA beLcbebLcbioVrRRrIRRIVVA/ 第2章 半导体三极管及其基本放大电路iVoVb bc ce e求输入电阻iiiIVRRe=0，代入无旁路电容时输入电阻表达式，代入无旁路电容时输入电阻表达式 ebeb2b1iRrRRR)1 (/ 有有bebebbirrRRR /21小！第2章 半导体三极管及其基本放大电路coRR iVoVb bc ce e求输出电阻 LSRVoooIVR0第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.5.1 共集电极放大电路电路结构+-RuRVeuib-C1+CCoTRL2C+-RSSu2.5 2.5 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路又称又称射极输出器射极输出器第2章 半导体三极管及其基本放大电路)/)/LebeLeio)(1)(1RRrRRVVAV）（但小于（但小于11 )/)/LebeLe(RRrRR为正值为正值, ,表明输出电压与输入电压同相。表明输出电压与输入电压同相。VA又称电压跟随器第2章 半导体三极管及其基本放大电路共集电极放大电路的特点：电压放大倍数1（略小于1），对电压基本无放大作用；输入阻抗高,对信号源影响小；输出阻抗小,带负载能力强。输出电压与输入电压同相；电压跟随器对电流具有放大作用。第2章 半导体三极管及其基本放大电路射极输出器的应用（1）放在多级放大器的输入端，提高）放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。整个放大器的输入电阻。（2）放在多级放大器的输出端，减小）放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。整个放大器的输出电阻。（3）放在两级之间，起缓冲作用。）放在两级之间，起缓冲作用。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.5.2 共基极电路电路结构+S+Vb11b2ui-u+2SCCR-RCCRcRR+uLo-eRCBRe：引入直流负反馈以稳定工作点QRb1、Rb2：是偏置电阻，为了建立合适的Q点而加的。第2章 半导体三极管及其基本放大电路三种组态比较组态电压增益（） 电流放大输入电阻（Ri）输出电阻（Ro）应用情况共射放大电路较大，与Vo反相有电流放大 适中较大RC频带较窄，常作为低频放大单元电路共集放大电路与Vo同相，有电压跟随特性,不放大电压有电流放大 最大最小常用于电压放大的输入、输出级共基放大电路较大，数值与共射同,与Vo同相 无电流放大 小较大RC在三种组态中其频率特性最好，常用于宽带放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路其中其中上上限限频频率率Hf普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电路的幅频响应下下限限频频率率Lf称称为为带带宽宽LHffBW HLH fBWff 时时，当当2.6.1 放大电路的频率特性与通频带2.62.6多级放大电路多级放大电路1.放大电路的频率特性与通频带第2章 半导体三极管及其基本放大电路becRb+-sVReRcRL+-oVRsCb1CeCb2完全等效电路voRb1Rb2Cb1Cb2vsRs+-Rb=Rb1/Rb22.单极放大电路的频率特性分析分析该电路的低频响应时，不应该再忽略隔直电容和射极旁路电容低频主要影响第2章 半导体三极管及其基本放大电